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金属滤芯在壳牌粉煤气化飞灰过滤中的应用分析
作者:管理员    发布于:2016-02-18 08:43:22    文字:【】【】【

  壳牌(Shell)粉煤气化工艺采用气流床加压气化、液态排渣,主要技术特点:①采用加压C02气体输送煤粉,煤种适应性广;②气化炉操作温度1400 ~1600丈,碳转化率>99,氧耗低;③生产的合成气洁净,不含重烃,甲烷含量极低,合成气中有效气体(CO+H2)体积分数达到90左右;④单炉生产能力大,日处理煤量可达2 000t以上;⑤气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖衬里,检修维护量较少,运转周期长,无需备用炉;⑥出气化炉的高温熔渣经激冷后成玻璃状颗粒,性质稳定,对环境几乎没有影响,可用作水泥掺合剂或道路建材;(2汽化污水中含氰化物少,容易处理。

  在Shell粉煤气化工艺中,气化炉产生的合成气经激冷段、输气管、冷却器后,温度降至340T.粉煤在氧化还原反应中,产生约占原料煤质量20的飞灰随合成气带出气化炉。出冷却器的合成气由干法除灰系统的飞灰过滤器进行过滤,分离出来的飞灰经降压后落入飞灰汽提冷却罐内,经低压氮气汽提冷却合格后送人储存罐。

  1陶瓷滤芯的工艺特点及其缺陷1.1飞灰过滤器Shell粉煤气化工艺中的飞灰过滤器以陶瓷滤芯为过滤元件,合成气通过飞灰过滤器后分成2股,一股去下游湿洗系统,另一股去冷激气压缩机,飞灰则被拦截在过滤孔外。飞灰长期累积后将造成飞灰过滤器阻力上升,为防止工艺操作中飞灰过滤器前后压差超过35 kPa,每隔一定的时间需通过文丘里管口对飞灰过滤器滤芯逐根反吹,以清除积灰、降低压差,落下的飞灰通过飞灰收集器进人飞灰排放罐内。其工艺特点如下。

  采用陶瓷滤芯使飞灰与合成气分离,共24组,每组48根陶瓷滤芯。过滤后,合成气飞灰质量浓度控制在20mg/m3(标态)以下,一般控制在5mg/m3(标态)左右。

  气,在408 S内对24组陶瓷滤芯反吹1次,将飞灰过滤器前后的压差控制在35kPa内。

  采用充气锥、管道充气器使飞灰不致形成架桥现象,采用飞灰收集器有利于飞灰的输送。

  飞灰从分离到收集排出都在80以上操作(飞灰收集器及排放罐操作温度均>200T),以防止飞灰在露点温度下产生凝结水。

  1.2陶瓷滤芯的缺陷由于陶瓷滤芯自身固有的缺陷,造成飞灰过滤器的运行不稳定,存在猝然失效的风险,这将导致整个煤气化系统及下游装置停车。在对飞灰过滤器陶瓷滤芯进行全面排查后发现:①陶瓷滤芯表面积灰厚度约5mm,而且灰的黏结性很强;②部分陶瓷滤芯内表面也有积灰;③部分陶瓷滤芯管与管的间隙存在架桥现象,有些陶瓷滤芯断管处也明显存在架桥现象;④据统计,在24组陶瓷滤芯中,14组中的54根陶瓷滤芯断裂。

  陶瓷滤芯在氧化、还原等气氛的高温环境下具有良好的抗腐蚀性、耐热性和抗载荷能力,但以陶瓷滤芯为过滤元件的高温气体除尘系统仍然存在诸多问题:①陶瓷滤芯脆、禚性差;②陶瓷滤芯不能焊接,与系统的整体密封连接困难;③操作复杂,系统的可靠性能不高。

  2金属滤芯替代陶瓷滤芯在Shell粉煤气化装置中的应用为克服陶瓷滤芯的缺点,国内外专家对金属滤芯进行了研究。金属滤芯比陶瓷滤芯有更优良的抗热震性能,其过滤精度与陶瓷滤芯相当,焊接性能很好,密封连接良好,基本不存在猝然失效的情况,无需配备失效保护过滤元件,可大大简化除尘系统。多孔金属膜通常采用孔径梯度复合结构,主要由基体和膜层组成;基体是金属多孔材料,膜层一般选用与基体易于复合的金属材料。

  铁铝合金除具有金属过滤材料的优点外,还有耐高温、耐H2S腐蚀等优点,已成为用于煤气化高温合成气净化过滤的候选材料。河南煤业化工集团龙宇煤化工有限公司将Shell粉煤气化装置的飞灰过滤器过滤元件全部改用铁铝合金滤芯,使用半年多以来,效果良好。

  2.1多孔性能分析在取样前,先对铁铝合金滤芯管体整体进行了冒泡试验,发现大量气体从中间连接的焊缝附近逸出,透气量非常大,说明焊缝附近的缺陷较多,整体试验的透气性能和孔径结果已不能代表材料的性能。因此,采用不同部位取样进行相关分析,即分别从铁铝合金滤芯和陶瓷滤芯管体的上、中、下部位各取高度30的环状试样,再用F3I-3P多孔材料性能检测仪进行分析。不同部位试样的孔径和透气度见表1.表1不同部位试样的孔径和透气度项目位置平均孔径/im大孔径/pm上金属滤芯使用前中下上金属滤芯使用后中下上陶瓷滤芯使用前中下上陶瓷滤芯使用后中下从表1可看出,金属滤芯和陶瓷滤芯使用后均受到磨损,孔径和透气度增大,且金属滤芯变化大。

  2.2流量压差曲线分别从清洗前和清洗后的金属滤芯和陶瓷芯管体的上、中、下部位取高度30mm的样品,采用F3I-3P多孔材料性能测试仪进行分析。金属滤芯和陶瓷滤芯在不同流速下的压差如所示。

  金属滤芯和陶瓷滤芯在不同流速下的压差从可看出:随着流速的增大,压差逐步呈线性提高,其中,陶瓷滤芯的线性关系更为明显;金属滤芯和陶瓷滤芯在不同部位的过滤性能分布有较大差异。

  2.3力学性能在金属滤芯和陶瓷滤芯的上、中、下部位分别割取规格为50mmx8mmx5mm试样,采用三点抗弯的方法测定抗弯强度,结果如表2所示。

  表2金属滤芯和陶瓷滤芯的抗弯强度项目金属滤芯抗弯强度/MPa陶瓷滤芯抗弯强度/MPa上中下上中下使用前使用后清洗后从表2可看出:陶瓷滤芯清洗前、后抗弯强度变化不大,力学性能较稳定;金属滤芯两端抗弯强度较高,中间较低;在同样的测定方法下,金属滤芯的抗弯强度明显优于陶瓷滤芯。

  清洗前、后滤芯扫描电镜(SEM)形貌3.1金属滤芯基体断口处SEM形貌取金属滤芯在清洗前、后基体断口处的样品,金属滤芯清洗后基体断口处的SEM形貌从可看出:金属滤芯清洗前基体断口处的孔隙分布较为均匀,孔隙形状良好,没有明显的堵塞现象;基体断口处有颗粒较大的白色块状物和颗粒较小的白色球状物,白色块状物分布相对分散,主要成分为氧化物,白色球状物分布非常密集,主要成分为硫化腐蚀物。

  从可看出,金属滤芯清洗后,基体断U处的形貌与清洗前基本一致,仅从形貌上无法看出清洗前后的差别。

  3.2金属滤芯膜层SEM形貌金属滤芯膜层断口处和外表面SEM形貌分别见和。

  从可看出,金属滤芯膜层断口处SEM形貌与断口处基体SEM形貌基本相同,主要包括白色大块状物和白色小球颗粒。

  从看出,金属滤芯膜层外表面有包装运输过程中在膜层表而残留的纤维状杂物,且膜层表面直接与飞灰接触,所以形貌更为复杂,杂物较多,但主要组织与金属滤芯基体基本一致。

  3.3陶瓷滤芯SEM形貌陶瓷滤芯基体和膜层断口处SEM形貌分别见和。

  陶瓷滤芯膜层断口处SEM形貌从和可看出:膜层厚度约100pm,膜层上的孔隙非常明显,孔隙间夹杂诸多形状不规则的细小颗粒,可能是因为孔隙中夹杂的飞灰无法被(下转第42页)的设定一定要根据本台造气炉的历史压力趋势图进行分析获得,不同炉型的造气炉正常运行时的高压力是不相同的。

  脱硫系统出口超压联锁三星公司脱硫系统罗茨鼓风机设有高压变频器,脱硫系统出口气体压力保持在40kPa.为了防止压缩机突然跳车而造成罗茨鼓风机出口压力超压,控制微机中添加了超压联锁程序。该程序通过三级控制,既要在系统超压时及时将压力降低,又要在大程度上保持生产的连续性,避免大起大落。当系统压力>45kPa时,弹出报警对话框,同时进行声光报警,延时5s后,将罗茨鼓风机的控制频率降低至当前频率的50,如果压力仍然>45kPa,延时608后,将控制频率再降低50,之后以60S为1个循环,控制频率降低50,直至控制频率降为0;当系统压力>50kPa时,将当前的控制频率直接降至0;当系统压力> 60kPa时,关停变频器,罗茨鼓风机彻底停运。

  注意事项:①罗茨鼓风机高压变频器控制要与气柜高度联锁相配合,否则易造成气柜超压;②系统近路调节阀保留,便于高压变频器故障时调节系统出口气体压力;③高压变频器柜应设在罗茨鼓风机附近,并且室内要安装大功率空调,以保证高压变频器的稳定运行。

  结语通过以上措施,不仅保证了装置的稳定运行,而且使造气炉和气柜等重大危险源得到了联锁保护,成功预防了多次安全事故的发生,效果明显。

  (上接第31页)清除所致;基体表面未发现腐蚀和氧化痕迹。

  4实际应用河南煤业化工集团龙宇煤化工有限公司自2012年9月将陶瓷滤芯全部更换为铁铝合金滤芯后,已连续运行120d(目前还在运行中),运行负荷为106,合成气产量为设计值的102,飞灰过滤器运行正常,其压差变化如所示。

  曰期飞灰过滤器压差变化(测定时间00:00)使用金属滤芯前,飞灰过滤器压差平均值在12kPa;使用金属滤芯后,飞灰过滤器压差随运行时间延长而逐步上升,并终稳定在25kPa左右。对湿洗系统水样进行分析,发现其污水浊度5结语通过对比分析发现:①在试验条件下,金属滤芯的多孔性能和力学性能均优于陶瓷滤芯。②金属滤芯清洗前、后的透气量均大于陶瓷滤芯,但整管力学性能均匀性较差。③金属滤芯强度明显高于陶瓷滤芯。④金属滤芯使用后,即在实际应用条件下,H2S气体会与基体发生反应,生成铁的硫化物,造成腐蚀;基体表面有明显的硫化腐蚀反应痕迹,膜层更为明显,且腐蚀程度随着使用时间的延长而加深;随着硫化物的积累,对透气性和强度产生影响。陶瓷滤芯使用后,基体表面没有发现硫化腐蚀反应痕迹,基体表面干净。

  目前,由于国内整炉使用金属滤芯的企业较少,而河南煤业化工集团龙宇煤化工有限公司在更换金属滤芯后的运行时间也相对较短,其使用效果有待进一步观察。

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